Этот преобразователь предназначен для получения информации об изменении емкости датчика при небольших относительных изменениях емкости. Компенсация начального значения позволяет сформировать передаточную характеристику, при которой выходной сигнал пропорционален абсолютному изменению емкости.
Рис. 8.11
Структура интегратор-компаратор на операционных усилителях DA1и DA2формирует систему свазированных прямоугольного и треугольного напряжений. Стабилизация их амплитуды осуществляется двусторонним ограничением на элементах R4, VD1…4. Чувствительным элементом схемы является инвертирующий сумматор на усилителе DA3. На вход сумматора поданы токи резистора R5и емкости CД*. Оба тока имеют прямоугольную форму и противофазны. Резистор R9 определяет чувствительность преобразователя (коэффициент передачи). Переменный сигнал с выхода инвертирующего сумматора преобразуется в однополярный усилителем со знакопеременным коэффициентом усиления на элементе DA4. Фильтр R14‑C2 устраняет глитчи[1], вызванные переключением VT. Знак коэффициента преобразования определяется типом транзистора VT.
При подобной структуре построения преобразователя в состоянии баланса измерительный сигнал в точке ¬ проходит параллельно через две ветви на вход инвертирующего усилителя:
§ через резистор R5;
§ через инвертирующий интегратор и емкость датчика (интегрирование, дифференцирование и инверсия фазы).
Баланс схемы не нарушается при изменении уровня напряжения в точке ¬. Стабилизация напряжения в точке ¬ нужна лишь для того, чтобы обеспечить стабильность наклона передаточной характеристики.
UВЫХ = |U3|×sign (CД* – С0); (8.35)
uC = U1×t, iC = CД*×= U1×CД*. (8.36)
U3 = (IR5 + IД)×R9 = U1×R9×. (8.37)
UВЫХ = sign (СД* – С0)×U1×R9×. (8.38)
При СД* = С0 =0, откуда
С0 = ×С1. (8.39)
UВЫХ = –U1×R9×. (8.40)
Если представить СД = С0 + DС,
UВЫХ = –U1×R9×= –U1×R9×. (8.41)
Свойства преобразователя могут быть улучшены установкой на место усилителя со знакопеременным коэффициентом усиления DA4аналогового делителя на базе четырехквадрантного перемножителя с использованием в качестве сигнала-делителя напряжения U1.